PHC管桩在淤泥质土道路地基处理中的沉降分析

龚波

摘要：PHC管桩自身具有施工速度快、承载能力大、造价低等优点，本文是在对淤泥质道路地基处理方法进行分析比较的基础上，结合所给工程实例的各结构和该地区的地质条件，展开地基沉降处置分析。

关键词：PHC管桩;淤泥质土;沉降

引言：

高强预应力混凝土桩（PHC）具有诸多优点如施工的速度较快、质量稳定、施工的成本较低等，现阶段已经得到了业界的认可而广泛运用，同时对于桩基的正确设计、施工和测试非常重要。近年来，对管状PHC桩的荷载传递过程、受力機制和支护特性的研究引起了当地科学家的关注。基于此，下面详细分析某基地的落点和位置，针对PHC管桩的运用处理具体分析其沉降情况。

1工程概况

某市一级城市道路工程起于下山区白凤拜乐区，终止于马绍区，全长21916公里。工程场地分布的软土包括淤泥质土（1）、泥炭土和淤泥质土（2）。下面的软土层是硬可塑性淤泥质土。根据现场地质调查和开挖，上述软质地层情况如下：

淤泥质（1）：深灰色软塑料。包含一些细沙和腐烂的木屑。钻探发现，层厚0.60～8.30m，上层埋深0～6.80m，上层高程5.38～20.42m，属于前一级松散土。岩土试验测得，其天然含水量为35.0%，天然密度为1.82g/cm3，流动性指数为1.78，内聚力为7.3kPa，内摩擦角为5.3°，压缩系数为0.785MPa-1.

泥炭土：黑色软塑料。主要成分为黏土颗粒，其次为粉尘颗粒，富含有机物和臭味，含有少量污泥，有机物含量为15-20%。钻孔显示层厚2.50～11.80m，顶层深度0～0.60m，顶层高度20.27～21.24m，属于一级松散土。其自然含水率为48.1%，自然密度为1.73g/cm3，流动性指数为1.09，内聚力为7.9kPa，内摩擦角为5.5°，压缩系数为1.27MPa-1。

淤泥质（2）：深灰色软塑料。主要成分是黏土颗粒，其次是富含有机物、气味和少量黏液的灰尘颗粒。钻孔表明，层厚为0.5011.00m，层顶深度为02.40m，层顶高度为17.89～22.22m，属于松散Ⅰ类。其自然含水率为38.9%，自然密度为1.75g/cm3，流动性指数为0.87，内聚力为9.0kPa，内摩擦角为7.1°，压缩系数为0.94MPa-1。

黏土（硬塑料）：黄棕色，塑料，部分硬塑料。由玄武岩风化残渣形成，土质不规则，黏度中等。层厚1.50～11.40m，层埋深3.60～39.60m，顶层高度-17.55～16.75m。它属于公共接地类II。其自然密度为1.90g/cm3，内聚力为28.0kPa，内摩擦角为15°。

为解决软土地区CFG桩和轻质桩质量较差的问题，根据以前项目经历，经与规划院研究讨论，修改了地基处理方案。用作复合地基地加固，桩端以粉砂黏土（硬质塑料）为基层，桩身排列成正方形模样，堆叠距离为2m（图1）。

为保证桩身贯穿粉质（硬塑料）基层，在现场开展压桩操作时，必须考虑最后2m桩长的锤击次数，锤击次数6节拍。1m材料不得少于3个。如果锤头数量不达标，需要增加桩长。

2单桩沉降量试算

用于地基处理的400mm PHC管桩均为长度相对固定的预制桩。然而，现场的桩筒仓位置井井有条。详细实地勘察的勘探点数不能覆盖一山一洞。基桩的深度和厚度未知。因此，为了对在实际工作操作运用的PHC管桩长度进行准确的计量，需要对单桩管桩的排放量进行试验计算。估计管桩可穿透泥炭土和粉质黏土（硬塑料），管桩长度分别为9、10、11和12 m。根据相关技术规范的要求，对于“桩基”，考虑桩径影响的附加应力采用mindlin求解法计算，沉降值采用层和法计算。计算结果如表1所示。根据实验计算，长度为9～12 m的PHC管桩的预期下沉量约为110 mm。即使增加桩长，降低桩身下沉量的效果并不突出。

3数值模拟分析

对于该区淤泥质土和硬塑性粉质黏土层，单桩承载力主要取决于桩尖区硬塑性粉质黏土层提供的桩尖强度，以及最终阻力。淤泥质土的存在和硬塑性淤泥质土的加深事实上并不会在一定程度上提高限制桩顶的强度，这是提供单桩承载力的最重要因素。具体村庄数值模拟分析如下：

3.1模型分析

考虑到PHC管桩软地基处理标准计算结果与桩土相互作用位置差异较大，本文主要运用ABAQUS有限元分析来分析工程的桩强度。事实上，由于地面的非线性，在打入管桩的过程中，使用了钢制止桩器来封桩。因此，在数据建模过时主要在以下假设的前提下来进行计算：

1）土壤是根据Mohr-Coulomb模型建模的。

2）不考虑温度负荷的影响。

3）打桩时不考虑PHC管桩中心孔地堵土作用。

4）根据线弹性模型考虑PHC管桩。模型桩长11m，竖向设计深度25m，横向设计宽度25m，淤泥质土厚度4m和8m，其余土层为硬塑粉质黏土。

根据岩土试验结果建立软土和淤泥质土下垫层材料参数以均等土应力后，约束模型左右两端的水平位移，水平和垂直位移偏移量为受约束模型的底部。

3.2结果分析

模型所得出的结果指出，在800 kN的法向力作用下，淤泥质土中4 m厚管桩的最大下沉量为118，653 mm。8 m 厚的管桩在淤泥质土中的最大下沉量为 126.202 mm。数值模拟中单桩的最大沉降量跟运用理论来进行统计所得出的最大沉降量没有显著差异，与实测最大沉降量也有显着差异。横向证明，地质报告中给出的地层力学性能参考值，事实上没有考虑到现场的实际地层底土的力学特性，其也尚未得到充分探索。

如果考察两种工况下桩周地面的荷载，可以看出桩周地面荷载主要集中在桩端。只要桩长保持不变，桩穿透刚性塑料污泥层的时间越短。淤泥质土与硬塑淤泥质土界面处的边界效应越强，桩界面处硬塑淤泥质土的侧向强度越大。结合桩位移效应图和应力云图，相同桩长的淤泥质土厚度对单桩下沉影响不明显，单桩下沉主要看塑性。

对比桩周土应力云图和ACYIELD云图，在塑性位移状态加载后，桩周土集中在8m厚的淤泥质土上，桩身主要集中在硬塑料上有所增加。周遭是泥泞的，通过桩边上的黏土和泥土对淤泥质土与淤泥质土界面桩周地基破坏情况，分析了解到硬塑性淤泥质桩的桩端强度优先于桩侧强度。

结语

根据给定项目的泥泞道路，大型建筑物的地基必须进行地质条件处理。比较现浇混凝土桩、预制桩和复合地基。管桩（PHC）具有施工快、承载能力高、造价低等优点。综上所述，本项目地基处理方案推荐管桩（PHC）。为了能够对PHC 管桩在淤泥质土地处理中的工作行为进行深入的研究，使用标准分析方法来分析和测试单个 PHC 管桩的沉降。本研究发现，对于硬塑性粘土粉砂层的某些设计，增加桩长对减少单桩沉降没有明显影响，但对桩承载力有显著影响。

参考文献：

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